【LeetCode热题100】--142.环形链表II

142.环形链表II

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使用哈希表:

遍历链表中的每个节点,并将它记录下来,一旦遇到了此前遍历过的节点,就可以判定链表中存在环

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int x) {
 *         val = x;
 *         next = null;
 *     }
 * }
 */
public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        //使用哈希表
        ListNode pos = head;
        Set<ListNode> visited = new HashSet<ListNode>();
        while(pos!=null){
            if(visited.contains(pos)){
                return pos;
            }
            else{
                visited.add(pos);
            }
            pos = pos.next;
        }
        return null;
    }
}

使用双指针:

这类链表题目一般都是使用双指针法解决的,例如寻找距离尾部第 K 个节点、寻找环入口、寻找公共尾部入口等。

在本题的求解过程中,双指针会产生两次“相遇”。

双指针的第一次相遇:

  • 设两指针 fast,slow 指向链表头部 head 。
  • 令 fast 每轮走 2步,slow 每轮走 1 步。

执行以上两步后,可能出现两种结果:

  • 第一种结果: fast 指针走过链表末端,说明链表无环,此时直接返回 null。

如果链表存在环,则双指针一定会相遇。因为每走 1 轮,fast 与 slow 的间距 +1,fast 一定会追上 slow 。

  • 第二种结果: 当fast == slow时, 两指针在环中第一次相遇。下面分析此时 fast 与 slow 走过的步数关系:

设链表共有 a+b 个节点,其中 链表头部到链表入口 有 a个节点(不计链表入口节点), 链表环 有 b 个节点(这里需要注意,a 和 b 是未知数,例如图解上链表 a=4 , b=5);设两指针分别走了f,s 步,则有:

  • fast 走的步数是 slow 步数的 2倍,即 f=2s;(解析: fast 每轮走 2步)
  • fast 比 slow 多走了 n个环的长度,即 f=s+nb;( 解析: 双指针都走过 a 步,然后在环内绕圈直到重合,重合时 fast 比 slow 多走 环的长度整数倍 )。

将以上两式相减得到 f=2nb,s=nb,即 fast 和 slow 指针分别走了 2n,n 个环的周长。

接下来该怎么做呢?

如果让指针从链表头部一直向前走并统计步数k,那么所有 走到链表入口节点时的步数 是:k=a+nb ,即先走 a步到入口节点,之后每绕 1 圈环( b 步)都会再次到入口节点。而目前 slow 指针走了 nb 步。因此,我们只要想办法让 slow 再走 a 步停下来,就可以到环的入口。

但是我们不知道 a 的值,该怎么办?依然是使用双指针法。考虑构建一个指针,此指针需要有以下性质:此指针和 slow 一起向前走 a 步后,两者在入口节点重合。那么从哪里走到入口节点需要 a 步?答案是链表头节点head。

双指针第二次相遇:

  • 令 fast 重新指向链表头部节点。此时 f=0,s=nb 。
  • slow 和 fast 同时每轮向前走 1 步。
  • 当 fast 指针走到 f=a步时,slow 指针走到 s=a+nb步。此时两指针重合,并同时指向链表环入口,返回 slow 指向的节点即可。
/**
 * Definition for singly-linked list.
 * class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode(int x) {
 *         val = x;
 *         next = null;
 *     }
 * }
 */
public class Solution {
    public ListNode detectCycle(ListNode head) {
        //使用双指针
        ListNode fast = head,slow = head;
        while(true){
            if(fast == null || fast.next == null){
                return null;
            }
            fast = fast.next.next;
            slow = slow.next;
            if(fast == slow){
                break;
            }
        }
        fast = head;
        while(slow!=fast){
            slow = slow.next;
            fast = fast.next;
        }
        return fast;
    }
}

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